面狀照明裝置及以面狀照明裝置為背光源的液晶顯示裝置的製作方法
2023-09-25 19:25:40
專利名稱：面狀照明裝置及以面狀照明裝置為背光源的液晶顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及面狀照明裝置及使用該面狀照明裝置的液晶顯示裝置，尤其涉及作為液晶顯示板的照明光源對由發光二極體等固體發光元件構成的多個點光源進行混色而將白色光或所希望的有色光面狀地輻射的照明裝置，以及以該照明裝置為背光源的液晶顯示裝置。
背景技術：
在液晶顯示裝置中，除了利用外來光的照明裝置以外，還設置有用於使形成於其液晶顯示板的電子潛像可視的照明裝置。照明裝置通常被設置在液晶顯示板的背面或者前面，設置在液晶顯示板背面的照明裝置稱作背光源，設置在前面的照明裝置稱作前光源。
作為行動電話等小型信息終端的背光源，也有像顯示畫面尺寸較大的筆記本式個人計算機等那樣將冷陰極螢光燈配置在側面(側邊、入光面)的具有導光體的背光源，但目前使用1個或多個功耗小的由發光二極體所代表的固體發光元件的點光源來取代冷陰極螢光燈。使用了這種固體發光元件的背光源，也適用於筆記本式個人計算機或各類信息設備的顯示監視器、電視接收機的顯示器。在此，作為固體發光元件以發光二極體(以下簡稱作LED)為例進行說明。
眾所周知，背光源包括將光源設置在導光板側緣的側邊式和將光源直接設置在液晶顯示板背面的直下式。使用LED的背光源的特徵在於顏色再現性良好，而從薄型化和輕量化、低功耗化的觀點來看，通常是採用使用了導光板的側邊式。使用LED的側邊式背光源，為在丙烯酸脂板等透明板(導光板)的側面設置LED，在使LED的輻射光在導光板傳播的途中使光路改變到導光板的表面方向，使其成為面光源的結構。關於這種背光源，能夠列舉專利文獻1、專利文獻2等。
另外，上述各專利文獻所公開的LED被設置在該導光板的側面，使得其出射光軸與該導光板的俯視面平行。在專利文獻3中公開了如下內容在LED的出光面設置特殊的透鏡，使光輻射到與出射光軸垂直的方向。
日本特開2004-200072號公報[專利文獻2]日本特開2004-6187號公報[專利文獻3]日本特開2004-133391號公報發明內容背光源的照明光要求是所謂的白色，因此，當使用LED構成直下式背光源時，組合分別發出作為光的三原色的紅(R)色、綠(G)色、藍(B)色的單色光的LED晶片，由它們的混色得到白色光。在這樣的情況下，由於LED晶片是點光源因而容易產生顏色不均。
通常，在使3種顏色混色時，需要使3個LED晶片接近，或與液晶顯示板保持距離。但是，LED晶片間的接近配置是有限度的，隨著使之接近溫度將會上升，LED晶片的發光效率將會下降。另外，與顯示板保持距離，會使背光源變厚，損害液晶顯示裝置的小型化和輕量化。並且，有時會因配置多個3種顏色的LED做成白色面狀照明裝置時各個LED的特性差異而在混合色和亮度的分布上產生不均。
本發明的目的在於，提供一種面狀照明裝置及以該面狀照明裝置為背光源的液晶顯示裝置，上述裝置不降低LED晶片的發光效率，在混合色和亮度的分布上沒有不均，並且實現了小型化和輕量化。
本發明的面狀照明裝置，組合平板狀的多邊形導光板和多個不同發光顏色的LED晶片形成混色單元，將其配置多個做成直下式背光源的混色結構。在導光板的俯視面方向發出由該混色單元所生成的白色光。並且，二維地配置多個混色單元做成具有所需要的面積的面狀照明裝置。將其裝入到液晶顯示板背面構成液晶顯示裝置。
構成各個混色單元的導光板的俯視形狀為三角形或多邊形，在其各個角形成切割面，在上述各個切割面分別配置發出不同原色光的LED晶片。例如，在使用正三角形的導光板時，在形成於其各個角的切割面的各個側壁設置分別發出紅(R)色光、綠(G)色光、藍(B)色光的LED晶片。
在導光板的下表面(背面)印刷白色點等或加工皺紋等，另外，在除了設置LED晶片的角的導光板邊的側面設置反射片。在導光板的背面側設置有反射板。並且，在導光板的上表面(與液晶顯示板的背面相對的面)設置漫射片構成混色單元。在這樣的混色單元中，來自各個LED晶片的光在導光板的中央區域被混合成為白色光。該白色光在上述白色印刷點或皺紋等的作用下從導光板的上表面輻射到液晶顯示板方向。光從導光板的俯視面出射的機理(mechanism)與已知的側邊式背光源相同。二維地配置多個這樣的LED單元構成具有必要的展寬的背光源。
另外，在使用四邊形的導光板時，在形成於其各個角的切割面的、位於一條對角線上的對角的切割面，設置R和G的LED晶片，在另一條對角線上的對角分別設置發出B色光的LED晶片。這種情況的原因在於，B的LED晶片的發光效率比其它LED晶片低。這只不過是一個例子，當其它LED晶片的效率低，或者增大了特定顏色的亮度等情況下，能夠使用2個該顏色的LED晶片。這意味著考慮LED晶片的發光效率或顯色性(color rendering)等能夠使用2個其它顏色的LED晶片。
並且，在設導光板為五邊以上的多邊形時，組合適當數量的R、G和B的LED，能夠生成已調整為白色或所希望的顯色的有色光。
在本發明中，上述面狀照明裝置，不降低LED晶片的發光效率，在混合色和亮度的分布上沒有不均，並且能夠實現小型化和輕量化。毋庸置疑，該面狀照明裝置作為面光源能夠用於各種領域。在此，尤其能夠通過將其作為背光源裝入、組合到液晶顯示板，實現薄型化或小型薄型化和低功耗化，能夠提供高亮度、高品質的液晶顯示裝置。
圖1A、1B是用於說明本發明的面狀照明裝置的實施例1的混色單元的要部結構圖。
圖2是圖1A、1B的導光板的下表面的結構圖。
圖3A、3B是說明本發明的面狀照明裝置的實施例1的圖。
圖4是說明本發明的面狀照明裝置的實施例2的、與圖3A相同的俯視圖。
圖5A、5B是說明本發明的面狀照明裝置的實施例3的圖。
圖6是說明本發明的面狀照明裝置的實施例3的、與圖3A或圖4相同的俯視圖。
圖7A、7B是說明本發明的面狀照明裝置的實施例1或2中、混色單元的固定結構的圖。
圖8A、8B是說明本發明的面狀照明裝置的實施例3中、混色單元的固定結構的圖。
圖9是說明本發明的面狀照明裝置的各個實施例中、LED晶片的布線例的圖。
圖10是本發明的面狀照明裝置的實施例1或2中、安裝有混色單元的1塊印刷基板RFB的布線結構例的說明圖。
圖11是本發明的面狀照明裝置的實施例3中、安裝有混色單元的1塊印刷基板RFB的布線結構例的說明圖。
圖12是示意地說明本發明的液晶顯示裝置的結構例的展開立體圖。
具體實施例方式
下面，參照實施例的附圖詳細說明本發明的優選實施方式。
圖1A、1B是用於說明本發明的面狀照明裝置的實施例1的混色單元的要部結構圖。圖1A是俯視圖，圖1B是從圖1A的箭頭方向看去的側視圖。並且，圖2是圖1A、1B的導光板的下表面的結構圖。實施例1的背光源，二維地配置多個混色單元而構成。
圖1A、1B所示的混色單元DUT，由最好是丙烯酸脂板的透明導光板GLB、LED晶片D1、D2、D3、反射片RFS、反射板RFB以及漫射片DFS構成。實施例1的導光板GLB是三角形的，其各個角被切下，做成正對三角形中心的切割面CTF1、CTF2、CTF3。在該切割面CTF1、CTF2、CTF3上分別設置有LED晶片D1、D2、D3。在此，設LED晶片D1出射紅(R)色光、D2出射綠(G)色光、D3出射藍(B)色光進行說明。
在導光板GLB的背面印刷有多個白色點REP。該白色點REP具有使從LED單元入射的光在上表面方向出射的功能。也可以取代印刷白色點REP而在上述背面加工出被稱作皺紋的多個凹部(有時也包括凸部)使之具有同樣的功能。並且，在導光板GLB的上表面側設置有漫射片DFS。漫射片DFS也可以是漫射板。另外，在導光板GLB的側面，除了上述LED晶片的設置部分還貼有反射片RFS。
在做成這樣的結構的混色單元中，分別從LED晶片D1、D2、D3出射的紅(R)、綠(G)、藍(B)的各顏色光，被導入到導光板GLB的內部。被導入的紅(R)、綠(G)、藍(B)的各顏色光，在虛線所示的導光板GLB的中央部分被混色成白色光，輻射到上表面方向。通過調整提供給LED晶片D1、D2、D3的電流，能夠任意地設定白色光在色度圖上的坐標。
圖3A、3B是說明本發明的面狀照明裝置的實施例1的圖。圖3A表示俯視圖，圖3B表示沿著圖3A的A-A線的剖面。該面狀照明裝置，二維地排列有多個在圖1A、1B和圖2中說明的混色單元DUT。實施例1的面狀照明裝置，在1塊長方形的印刷基板RFB上安裝7個混色單元DUT，在有底的框FRM上分成4個平面地容納該印刷基板RFB而構成。將印刷基板RFB的上表面(安裝混色單元DUT的表面)做成反射面。也可以設置反射片以取代該反射面。
如上所述，該面狀照明裝置，由28個混色單元DUT構成。當配置在框FRM時，如圖3A的虛線圓C1所示，上下交替地排列混色單元DUT的三角形，使得相鄰混色單元的相同顏色的LED晶片不相毗鄰，從而混色變得均勻。
圖4是說明本發明的面狀照明裝置的實施例2的、與圖3A相同的俯視圖。圖4的混色單元DUT的結構與實施例1相同。在該實施例中，在印刷基板RFB上的第奇數列和第偶數列錯開地配置安裝在印刷基板RFB的混色單元DUT，所述印刷基板RFB，在框FRM上使其長度方向與圖4的橫向方向平行地配置。通過這樣的排列，如圖4的虛線橢圓所示，混色單元的相同顏色的LED晶片不相毗鄰，從而混色變得均勻。其他結構與圖3相同。
圖5A、5B是說明本發明的面狀照明裝置的實施例3的圖。圖5A表示俯視圖，圖5B表示從圖5A的箭頭方向看去的側視圖。在實施例3中，將導光板GLB做成四邊形，其各個角被切下，沿順時針方向做成正對四邊形中心的切割面CTF1、CTF2、CTF3、CTF4。在該切割面CTF1、CTF2、CTF3、CTF4上分別設置有LED晶片D1、D3、D2、D3。與圖1相同，假定LED晶片D1出射紅(R)色光、D2出射綠(G)色光、D3出射藍(B)色光。
在實施例3中，在四邊形導光板GLB的切割面CTF1設置有LED晶片D1；在切割面CTF2設置有LED晶片D3；在切割面CTF3設置有LED晶片D2；在切割面CTF4設置有LED晶片D3。除了導光板GLB為四邊形的，在其各個切割面設置共計4個LED晶片這一點以外，與在圖1中說明的混色單元DUT相同。
圖6是說明本發明的面狀照明裝置的實施例3的、與圖3A或圖4相同的俯視圖。在該實施例中，也配置安裝於在框FRM上長度方向與圖4的橫向方向平行的印刷基板RFB上的混色單元DUT，使得最接近的LED晶片為不同顏色的LED晶片，使得混色單元的相同顏色的LED晶片不相毗鄰，從而混色變得均勻。
圖7A、7B是說明本發明的面狀照明裝置的實施例1或2中、混色單元的固定結構的圖。圖7A表示俯視圖，圖7B表示沿著圖7A的B-B線的剖面。混色單元DUT，用固定框架FFR固定在印刷基板RFB上。在圖1所示的混色單元DUT上蓋上固定框架FFR，在形成於固定框架FFR三條邊上的託架(bracket)(具有螺紋孔)BKT用螺釘固定在印刷基板RFB。此時，用固定框架FFR和導光板GLB夾著漫射片DFS。也可以將用於相互離開間隔的適當的間隔物，夾設於漫射片DFS和導光板GLB之間的周圍的全部或部分。
圖8A、8B是說明本發明的面狀照明裝置的實施例3中、混色單元的固定結構的圖。圖8A表示俯視圖，圖8B表示沿著圖8A的C-C線的剖面。混色單元DUT，由固定框架FFR固定在印刷基板RFB上。在圖5所示的混色單元DUT上蓋上固定框架FFR，在形成於固定框架FFR四條邊上的託架BKT用螺釘固定在印刷基板RFB。此時，用固定框架FFR和導光板GLB夾著漫射片DFS。也可以將用於相互離開間隔的適當的間隔物，夾設於漫射片DFS和導光板GLB之間的周圍的全部或部分。
圖9是說明本發明的面狀照明裝置的各個實施例中、LED晶片的布線例的圖。在此，安裝於各個印刷基板RFB的各個混色單元的各個LED晶片串聯連接。並且，從對應於各種顏色的LED晶片的陽極端子AR、AG、AB向陰極端子進行供電。
圖10是本發明的面狀照明裝置的實施例1或2中、安裝有混色單元的1塊印刷基板RFB的布線結構例的說明圖。紅(R)色LED晶片的接線用虛線表示；綠(G)色LED晶片的接線用虛線表示；藍(B)色LED晶片的接線用點劃線表示。
圖11是本發明的面狀照明裝置的實施例3中、安裝有混色單元的1塊印刷基板RFB的布線結構例的說明圖。紅(R)色LED晶片的接線用虛線表示；綠(G)色LED晶片的接線用劃線表示；藍(B)色LED晶片的接線用點劃線表示。
圖12是示意地說明本發明的液晶顯示裝置的結構例的展開立體圖。圖12是採用了所謂的縱向電場方式(TN方式)的液晶顯示板的顯示裝置。該液晶顯示裝置，在TFT基板SUB 1和CF基板SUB2之間封裝有液晶LC。在TFT基板SUB1的主面形成有作為有源元件使用薄膜電晶體電路的構成矩陣排列的多個像素的像素電極PX、安裝在像素的矩陣排列區域(顯示區域)周圍的柵極驅動器GDR、漏極驅動器DDR以及附屬電路CIR。覆蓋包括該顯示區域的最外表面形成有TFT基板側取向膜ORI1。在圖12中，以相同尺寸示出了TFT基板SUB1和CF基板SUB2，但TFT基板SUB1從CF基板SUB2超出。在圖12中用縱向的虛線示出了這一情況。
在CF基板SUB2的主面形成對置電極(在該方式中也稱作公共電極)CT和濾色片CF，覆蓋包括對應於上述顯示區域的區域的最外表面形成有CF基板側取向膜ORI2。
在TFT基板SUB1的取向膜ORI1和CF基板SUB2的取向膜ORI2之間封裝液晶LC，用密封裝置(seal)SL密封。在TFT基板SUB1的外表面和CF基板SUB2的外表面，分別層疊有偏振片POL1、POL2。該液晶顯示裝置為透射式的，在TFT基板SUB1的背面設置有使用上述本發明的面狀照明裝置的背光源BL。
根據本發明，能夠提供一種面狀照明裝置及將面狀照明裝置用作背光源的液晶顯示裝置，上述裝置能夠不降低LED晶片的發光效率，在混合色和亮度的分布上沒有不均，並且實現了小型化和輕量化。
本發明不限於上述實施例的結構，可以不脫離本發明的技術思想地進行各種變更。
權利要求
1.一種面狀照明裝置，其特徵在於，包括混色單元，由俯視形狀為正多邊形的透明導光板，和設置在該導光板的角部、向上述導光板內部入射光的三原色中的任意一種有色光的LED晶片構成；和反射板，安裝有多個上述混色單元，構成具有二維展寬的面狀光源；從上述導光板的上表面輻射由上述混色單元所生成的混色光。
2.根據權利要求1所述的面狀照明裝置，其特徵在於，被設置在上述導光板的至少相鄰的角部的LED晶片，出射光的三原色中的不同有色光。
3.根據權利要求1所述的面狀照明裝置，其特徵在於，對上述導光板的下表面，實施用於使從上述LED晶片入射的光反射到上述上表面的反射處理。
4.根據權利要求1所述的面狀照明裝置，其特徵在於，在上述導光板的的側面，除了設置上述LED晶片的角部，具有用於使從上述LED晶片入射的光返回到上述導光板內部的反射片。
5.根據權利要求1所述的面狀照明裝置，其特徵在於，上述反射板兼作具有布線的印刷基板，所述布線用於向上述混色單元的LED晶片供電。
6.根據權利要求1所述的面狀照明裝置，其特徵在於，還包括漫射片，其覆蓋上述導光板的上表面，使由上述混色單元所生成的白色光發生漫射。
7.根據權利要求1所述的面狀照明裝置，其特徵在於，上述導光板的俯視形狀是正三角形。
8.根據權利要求7所述的面狀照明裝置，其特徵在於，在上述導光板的角部，分別設置有紅色發光LED晶片、綠色發光LED晶片、藍色發光LED晶片。
9.根據權利要求1所述的面狀照明裝置，其特徵在於，上述導光板的俯視形狀是正四邊形。
10.根據權利要求9所述的面狀照明裝置，其特徵在於，在上述導光板的角部，分別設置有紅色發光LED晶片、綠色發光LED晶片、藍色發光LED晶片，並追加設置這些LED晶片之一。
11.根據權利要求10所述的面狀照明裝置，其特徵在於，在位於上述導光板的一條對角線上的兩個角部，設置有上述三種顏色的LED晶片之一。
12.一種液晶顯示裝置，具有液晶顯示板和設置在該液晶顯示板背面的面狀照明裝置，其特徵在於，上述面狀照明裝置包括混色單元，具有俯視形狀為正多邊形的透明導光板和設置在該導光板的各個角部的LED晶片，設置在至少相鄰的上述角部的上述LED晶片，向上述導光板內部入射光的三原色中的不同有色光；以及反射板，安裝有多個上述混色單元，構成具有二維展寬的面狀光源；從上述導光板的上表面向上述液晶顯示板輻射由上述混色單元所生成的混色光。
13.根據權利要求12所述的面狀照明裝置，其特徵在於，對構成上述面狀照明裝置的上述導光板的下表面，實施用於使從上述LED晶片入射的光反射到上述上表面的反射處理。
14.根據權利要求12所述的面狀照明裝置，其特徵在於，在構成上述面狀照明裝置的上述導光板的側面，除了設置上述LED晶片的角部，具有用於使從上述LED晶片入射的光返回到上述導光板內部的反射片。
15.根據權利要求12所述的面狀照明裝置，其特徵在於，構成上述面狀照明裝置的上述反射板兼作具有布線的印刷基板，所述布線用於向上述混色單元的LED晶片供電。
16.根據權利要求12所述的面狀照明裝置，其特徵在於，還包括漫射片，其覆蓋構成上述面狀照明裝置的上述導光板的上表面，使由上述混色單元所生成的白色光發生漫射。
17.一種液晶顯示裝置，具有液晶顯示板和設置在該液晶顯示板背面的背光源，其特徵在於，上述背光源具有混色單元，該混色單元包括俯視形狀為具有多條短邊和多條長邊的多邊形導光板，和被設置在上述導光板的對應於上述多條短邊的側面的LED。
18.根據權利要求17所述的面狀照明裝置，其特徵在於，上述背光源具有多個上述混色單元。
19.根據權利要求17所述的面狀照明裝置，其特徵在於，在上述導光板的多條短邊中，在第1短邊設置有紅色發光LED，在第2短邊設置有綠色發光LED，在第3短邊設置有藍色發光LED。
20.根據權利要求17所述的面狀照明裝置，其特徵在於，在上述導光板的多條短邊中，在第1短邊設置有具有第1發光顏色的LED，在第2短邊設置有具有第2發光顏色的LED，在第3短邊設置有具有第3發光顏色的LED，在第4短邊設置有上述第1發光顏色、上述第2發光顏色、或上述第3發光顏色中的任意一個LED。
全文摘要
本發明提供一種面狀照明裝置及以該面狀照明裝置為背光源的液晶顯示裝置，上述裝置不降低LED晶片的發光效率，在混合色和亮度的分布上沒有不均，並且實現了小型化和輕量化。組合平板狀的多邊形導光板(GLB)和多個不同發光顏色的LED晶片(D1、D2、D3)，形成混色單元(DUT)。將多個該混色單元(DUT)配置在具有反射功能的印刷基板(RFB)上，做成面狀照明裝置。將其作為背光源裝入到液晶顯示板的背面構成液晶顯示裝置。
文檔編號F21S2/00GK1987593SQ200610168789
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月20日 優先權日2005年12月21日
發明者渡邊三郎, 德山裕司, 西山清一 申請人:株式會社日立顯示器, 株式會社日立顯示器件